最終更新日:2019年04月01日

目次

  • コンピュータを構成するハードウェア
  • 入力装置
  • 出力装置
  • 中央処理装置(CPU)
  • 記憶装置
  • パーソナルコンピュータの形態

    • コンピュータを構成するハードウェア

    ハードとソフトは、コンピュータのハードウェアとソフトウェア以外にも用いられる用語である。ハードは実際に形があるもの、ソフトは物質的には形はないが意味のあるものということができる。

    コンピュータのハードウェアは、形があって機能を果たすもの、

    コンピュータのソフトウェアは、形はないが機能を果たすもの、

    ということができる。

    コンピュータのソフトウェアは、【講義】コンピュータを構成するソフトウェアにて説明する。

    コンピュータのハードウェアをこの記事で説明する。

    コンピュータのハードウェアは、コンピュータを構成する物理的な機械として、特に重要なものを以下のような5つに分類し、コンピュータの5大装置と呼ぶ。

    • 入力装置

      入力装置は、ユーザからの入力を受け付ける装置である。1)

    • 出力装置

      出力装置は、演算結果のデータをユーザに対して出力する装置である。1)

    • 記憶装置

      記憶装置は、入力されたデータを記憶する装置である。1)

    • 演算装置

      演算装置は、記憶装置に保存されたデータを演算する装置である。1)

    • 制御装置

      制御装置は、ハードウェアの各装置を制御する装置である。1)

    演算装置と制御装置は、一体化されているため、CPU(中央処理装置)や処理装置と呼ばれている。


    図1 コンピュータの5大装置

    これらの5大装置以外にも、電源や冷却装置など複数の部品がコンピュータには接続されている。この後、コンピュータの5大装置のそれぞれについて簡単に説明する。

    入力装置

    おそらく、一般人にとってなじみが深い装置が入力装置と出力装置だろう。入力装置とは、利用者の操作やコンピュータ外部の情報をデータとしてコンピュータ内部へ入力するための装置である。

    入力とは、コンピュータ外部の情報をコンピュータ内部へ入れることである。コンピュータ内部での情報のやりとりは デジタル情報 で行われている。人間が表現できる情報は、 アナログ情報 である。その他、風景や音などはアナログ情報である。アナログ情報はコンピュータは理解できないので、何らかの装置を用いてデジタル情報に変換する必要があるのである。そのための変換装置が入力装置である。

    代表的なものは、キーボードやマウスである。その他、マイクやスキャナ、デジタルカメラ、Webカメラ、タッチパネルなども入力装置に含まれる。

    代表的な入力装置について、以下で簡単に説明する。

    ①キーボード

    キーボードは、パソコンにおいて最も重要な入力装置であった。過去形で書いたのは、タッチパネルが一般化してきた現在において、必須ではなくなってきているからである。BIOSの設定によるが、キーボードが接続されていないと、パソコンが起動しないことがあるので、注意が必要である。おそらく、”Keyboard error”などという表示が出ると思われるが、その際は、キーボードを接続し直してみると良い。

    キーボードは、キーと呼ばれるそれぞれの意味を持ったボタンが並んでおり、それぞれのキーを押すことによって、キーに応じたデータをコンピュータへ入力することができる。

    キーは、それぞれのキーによって入力できるデータが異なる。一般的に左側に並んだメインキーと右側に並んだテンキー、上部に並んだファンクションキーなどに分けられる。キーの並び方は、どれも同じに思われがちだが、言語やOS、その他の仕様によって違う規格となっている。一般的なものは、以下のように109個のキーが並ぶである Windows 109キーボード(日本語)である。


    図2 Windows 109キーボード(日本語)

    その他、様々なキーボードがあり、以下のように筆者が所有しているキーボードでもかなり違うものがある。キー配列は、規格に応じて同じだが、キーボードの製品によっては、＋αの機能がついていたり、テンキーが欠けていたりするので、キーボードを選ぶ際は、どのような用途で用いて、どのような機能が必要なのかを考えると良い。

    以下では、筆者が持っているものを中心にいくつかのキーボードの具体例を紹介する。


    図3 一般的な Windows 108キーボード(日本語)

    筆者が購入したデスクトップパソコンに付属していたキーボードである。テンキーの上部に音量設定を行うキーがある以外は、Windows 108キーボード(日本語)のキーが並んでいる。Windows 109キーボード(日本語)に対して、右側の[Windows]キーが省かれている。 USB 端子のついたケーブルでコンピュータに接続し、利用する。


    図4 カスタマイズされた Windows 108キーボード(日本語)

    筆者が持っているワイヤレスキーボードである。図3に比べて、メールキーやホームキー、メディアキーなどの＋αの機能があり、無線接続で利用できるため、利用の自由度が高い。


    図5 ノートパソコンの Windows キーボード

    筆者が持っているノートパソコンのキーボードである。スペースが狭いため、テンキーはない。[Fn]キーを用いることによって、配置できなかったキーの機能を補っている。


    図6 MacOS 用 JIS キーボード(日本語)

    MacOS 用の日本語キーボードで、 JIS 規格である。他にもUS規格の日本語キーボードもある。Windows用とは違い、[Alt]キーや[Windows]キーなどがなく、[Option]キーや[Command]キーがあり、キーの大きさも異なるため、Windows用とは使用感が異なる。USB端子のついたケーブルをコンピュータに接続し、利用する。


    図7 Windows 用 ロシア語 キーボード

    日本語以外のキーボードを紹介すると、このようなものがある。これは、ロシア語のキーボードであり、日本語キーボードではひらがななどが書かれている部分にキリル文字が書かれている。このように各国ごとにキーボードが違い、留学などで海外でパソコンを利用する可能性がある場合は、注意が必要である。

    ②マウス

    マウスもキーボードと並んで、ユーザによってなじみの深い入力装置の1つである。キーボードと同じく、BIOSの設定によっては接続していないとコンピュータが起動しない場合がある。マウスは、 GUI 環境で画面内の場所を指定するマウスポインタを操るために用いる入力装置である。


    図8 マウスポインタ

    図9 一般的に用いられるマウスの模式図

    一般的に見かけるマウスは、図9のようにボタンが右と左の2つあるものが多い。近年は、左右のボタンの間にホイールがあることが多い。マウスを動かすことによって、マウスの底面にあるセンサが位置の移動を検知して、その動きをマウスポインタに反映させる。マウスの底面にあるセンサは、古くはボール式が多かったが、近年では光学式やレーザー式などが多い。ゲーミングマウスなど製品によってカスタマイズされているものも販売されている。Apple製品のマウスは、Magic Mouseと呼ばれて、1ボタンのマウスもある。その他、タッチパッドやトラックボールなどでマウスポインタを動かす手段がある。

    タッチパネルの普及で、マウスポインタを持ちいらなくても、 GUI 環境上の画面を指定できるようになったため、マウスを利用しないケースも多くなってきている。しかし、パソコンとしては、タッチパネル機能付きのモニタは高価であり、また、タッチパネルの感度と精度が不十分で指定したいところを簡単に指定できるとは言いがたいため、まだまだマウスを利用した方が良い。

    以下では、筆者が持っているものを中心にマウス、もしくはそれに相当する機能を持つものを紹介する。


    図10 一般的なマウス

    筆者が購入したデスクトップパソコンに付属していたマウスである。左右のボタンとホイールがついた一般的なマウスであり、光学式センサで位置の移動を読み取る。 USB 端子のついたケーブルでコンピュータに接続して利用する。


    図11 ワイヤレスマウス

    筆者が持っているワイヤレスマウスである。このマウスは、マウスに対応するレシーバーをコンピュータに接続して用いるタイプだが、 Bluetooth で接続するタイプが一般的である。形状は、有線接続のマウスと同じに見えるが、電池を内蔵しているため、ワイヤレスマウスは優先接続のマウスに比べて重たいが、コードがないため、使い勝手の自由度は高い。


    図12 ノートパソコンに付属しているタッチパッド

    ノートパソコンなどによく付属しているが、タッチパッドと呼ばれる板の上を指でなぞると、その指の動きに応じてマウスポインタが動くといった入力装置がタッチパッドである。


    図13 トラックパッド

    これもタッチパッドの一種であり、Mac用のトラックパッドである。筆者の個人的な感覚だが、ボタンはなく、このトラックパッド自体を押し込む形でクリック動作ができるため、やや難しい。


    図14 アークマウス

    マウスでありながら、ボタンやホイールではなくタッチパッドでクリックやスクロールを再現したマウスである。省スペースで持ち運びに便利だが、一方で明確にボタンを押した、ホイールを回したという感覚はないので、これまでのマウスに使い慣れている人は慣れるまで時間がかかる可能性もある(※筆者は、最初はやや戸惑った)。

    これら以外にも様々な入力装置が存在する。

    出力装置

    おそらく、一般人にとってなじみが深い装置が入力装置と出力装置だろう。出力装置とは、コンピュータ内部からコンピュータ外部へデータを出力するための装置である。

    出力とは、入力の逆で、コンピュータ内部から外部へと情報を出すことである。コンピュータ内部でやりとりされている デジタル情報 は、そのままでは、人間は理解できない。よって、人間のわかる アナログ情報 としてデジタル情報を変換する必要がある。そのための変換装置が出力装置である。代表的なものは、モニタやスピーカーである。その他、プリンタやプロジェクターなども出力装置に含まれる。気をつけなければならないことは、多くの場合、出力装置はコンピュータとは別の機械であり、専用の電源スイッチがあることである。他の装置は基本的には、コンピュータと連動して動く装置であり、コンピュータの電源を入れると自動で起動するものが多いが、出力装置は、ノートパソコンなどの一部の一体型を除いたら、コンピュータとは別の機械なのである。


    図15 モニタ(ディスプレイ)

    モニタは、コンピュータの処理結果を映像として表示する出力装置である。後述するプリンタで紙に印刷した出力結果は、変えることはできないが、モニタは、その時々にコンピュータが行った処理の結果を表示しては、次のタイミングでは次の処理結果になっており、時々刻々と変わっていく。※人間が見てわかるレベルで変わっているかは別だがD-Sub や DVI 、DisplayPort、HDMI などのケーブルを使って、コンピュータに接続する。


    図16 スピーカー

    スピーカーは、コンピュータの処理結果を音として流す出力装置である。近年では、スピーカー内蔵型のパソコンやモニタが増えているが、図16に挙げたのは筆者が以前購入したデスクトップパソコンに付属していたスピーカーである。ステレオミニプラグのオーディオケーブルでコンピュータに接続する。


    図17 プリンタ

    プリンタは、コンピュータの処理結果を紙などに印刷する出力装置である。図17は、正確に言うと、プリンタとスキャナが一体化した複合機である。プリンタ部分のみを説明すると、コンピュータ内部にある画像データや文字データをコピー用紙に印刷する。コピー用紙以外にも、はがきやシールなどの紙面、紙面以外にもCDやDVDの表面などに印刷できるものもある。USB 端子のついたケーブルなどでコンピュータと接続する。

    これら以外にも様々な出力装置が存在する。

    記憶装置

    記憶装置は、コンピュータ内部でやりとりされる情報を保存しておく装置である。記憶装置には、主記憶装置と補助記憶装置がある。一般人にとっては、主記憶装置よりも補助記憶装置の方がなじみが深いだろう。補助記憶装置は、ハードディスクやUSBメモリ、CD、DVD、ブルーレイなどが挙げられる。主記憶装置は、メモリのことである。

    以下では、主記憶装置と補助記憶装置について簡単に説明する。

    ①主記憶装置


    図18 メモリ

    主記憶装置は、もっぱらメモリのことを指す。メモリとは、後述するCPUが処理する情報を保存しておく記憶装置であり、絶対に必要な装置である。メモリがないと、CPUはコンピュータの動作に必要なデータを読み出すことができず、コンピュータは動くことができない。ぶつかったり、落としたりと物理的な衝撃をコンピュータに与えた後に、 ビープ音 が流れて、起動しないことがある。一部のデスクトップパソコンでは、外部からの衝撃によってメモリが抜けやすいものがあるので、注意が必要である。

    メモリには、 RAM と ROM の2種類がある。

    RAM(Random Access Memory)は、自由に読み書きができ、揮発性 であることが特徴である。揮発性とは、中身が電源を切ると消去されて後に残らない性質である。2)一般的に我々が利用するパソコンなどの汎用的なコンピュータで用いられるのは、RAMである。

    ROM(Read Only Memory)は、基本的には読み出し専用であり、不揮発性 であることが特徴である。不揮発性とは、電源が切れても中身が消去されない性質である。2)家電製品のように「決められた動作を行うだけの特定用途向けコンピュータ」の場合は、決められた動作に必要なプログラムやデータを読み込むだけである。新しい情報を書き込む必要がないため、ROMが用いられる。ROMは、あらかじめメモリ内にプログラムやデータを書き込まれ、不揮発性に調整された状態で工場から出荷させる。

    ②補助記憶装置

    補助記憶装置は、プログラムやデータを長期間にわたって保存する装置である。2)長期保存を前提としているため、メモリのように 揮発性 ではなく、 不揮発性 であり、電源によって情報が消えることはない。代表的な例として、ハードディスクやUSBメモリ、CD、DVD、ブルーレイなどが挙げられる。

    補助記憶装置は、主記憶装置とは違って、絶対必要な装置ではなく、接続されていなくてもコンピュータは動作できる。ただし、近年のパソコンは、OSなどのコンピュータの動作に必要な情報はハードディスクなどの補助記憶装置から読み出すケースが多いため、実質必要な装置であると考えられる。


    図19 ハードディスク

    ハードディスクは、コンピュータのデータを読み書きするための補助記憶装置である。磁気ディスク装置と呼ばれ、ハードディスクの内部では、磁気ディスクが高速回転しており、そこにデータを書き込んだり、そこからデータを読み込んだりしている。動いている間は、ハードディスクの内部でディスクが物理的に回転しているため、物理的な衝撃には弱く、壊れやすい。動いていない間もそうだが、動いている間は特にハードディスクへの物理的な衝撃には気をつけた方が良い。ハードディスクのハードは、フロッピーディスクを”柔らかいディスク”と考えて、ハードディスクの中に入っているディスクが硬いためハードディスクと呼ばれるようになった。2)大容量で安価な補助記憶装置として幅広く利用されており、パソコンのOSの起動ディスクとしても利用されている。


    図20 CD・DVD・ブルーレイ

    CD、DVD、ブルーレイも補助記憶装置である。光ディスクと呼ばれ、レーザー光線によってデータの読み書きを行う。光ディスクは日進月歩で、CD、DVD、ブルーレイ以外にもある。CD、DVD、ブルーレイの容量は以下の通り

    • CD

      650MBもしくは700MB

    • DVD

      片面1層4.7GB、片面2層8.5GB、両面1層9.4GB、両面2層17GB

    • ブルーレイ

      片面1層25GB、片面2層50GB2)

    CD-ROMやCD-R、CD-RWのように-ROM、-R、-RWなどの言葉がついて、利用の仕方が変わる。

    • -ROM

      再生専用で、書き込みはできない。

    • -R

      1度だけ書き込みができ、書き直しはできない。

    • -RW(-RAM、-RE)

      書き換え可能


    図21 MO・フロッピーディスク

    もはや、ほとんど見ることはなくなったが、図21に挙げられているMOディスクやフロッピーディスクも補助記憶装置である。


    図22 フラッシュメモリ(USBメモリ)

    フラッシュメモリは、主記憶装置の機能を応用して、作成された補助記憶装置である。ディスクを用いずにデータの読み書きができるため、小さいことが特徴として挙げられる。図22に挙げたUSBメモリは、近年では大容量のものも増えてきており、手軽くデータを持ち運べるため、幅広く用いられている。その他、SDカードやメモリースティックなどもフラッシュメモリである。近年では、フラッシュメモリを複数搭載した SSD (Solid State Drive)が普及してきており、ハードディスクに比べて小さくて高速に処理ができるため、ノートパソコンなどで特に利用し始められている。一方で、ハードディスクに比べて、高価であり、書き込み回数に上限があるため、完全な置き換えには至っていない。2)

    中央処理装置(CPU)

    コンピュータを動かしているのは、CPUだ。などといった言葉を聞いたことがある人もいるだろう。コンピュータの心臓部とも呼ぶことができるところがCentral Processing Unit(中央処理装置)である。このCPU(中央処理装置)に演算装置と制御装置が組み込まれている。

    演算装置は、四則演算(足し算・引き算・かけ算・割り算)をはじめとした計算やデータ処理などの演算を行うための装置である。主記憶装置からデータを読み出し、演算を行って、その結果を主記憶装置に戻す。利用者は、その主記憶装置に置かれた演算結果を出力装置で確認することによって、目的を達成するのである。

    制御装置は、これまでに挙がった装置も含めて、コンピュータ全体の動作を制御する装置である。制御装置が各装置に制御命令を出して、正しく動くように操作をしているのである。


    図23 デスクトップパソコンの内部

    これらのCPUとメモリなどを接続する基盤がマザーボードと呼ばれており、コンピュータの中心的な機能を果たすハードウェアとして、機能している。図23は、筆者が持っているデスクトップパソコンの本体内部の写真である。写真内の赤く囲まれた部分にある基盤がマザーボードである。黄色く囲まれた部分にメモリがささっている。この写真では4枚ささっている。青く囲まれた部分にCPUファンがあり、このCPUファンの下にCPUが接続されている。※実際に使っているものなので、CPUファンを取り外しはやめました。

    パーソナルコンピュータの形態

    コンピュータは上記のような複数の機械によって構成されているとお話をしても、デスクトップパソコンならわかるが、ノートパソコンは1つになっているじゃないかと思う人もいるだろう。コンピュータの種類で考えると、スーパーコンピュータやワークステーションなど、さらにバリエーションに富んだ話になるので、ここでは個々人が一般的に用いるコンピュータとしてのパソコン(パーソナルコンピュータ)に限定して簡単に触れてみよう。一般的にパソコンの形態としては、以下のような言葉をよく聞くと思われるため、それぞれについて簡単に説明する。

    また、詳しいコンピュータの種類については、コンピュータの種類(記事を作成したらリンクする予定)を参照してください。

    • デスクトップパソコン

      デスクトップ(卓上)に置くパソコン。元々は、卓上に置かなければならない大きさのパソコンという意味だったようだが、近年は、小型のものも販売されているため、大きさではなく形と考えれば良い。

      一般的にパソコンの本体とモニタ、キーボード、マウス、スピーカーなどの別々の各機械を接続することによって、コンピュータの機能を提供する。一方で、後述するモニタ一体型パソコンもデスクトップパソコンの一種と考えることができる。また、バッテリーは搭載されておらず、外部から電源を確保しなければ利用できない。

    • ノートパソコン

      ノートのように持ち運びができるパソコン。デスクトップパソコンと違って、一般的にはパソコンの本体にモニタ、キーボード、スピーカーが一体になっているおり、簡単に持ち運びができ、バッテリーに接続することによって、電源を確保できない場所でも利用ができる。

      なお、ノートパソコンという言葉は、和製英語であり、英語では”Laptop”という。後述するラップトップパソコンも日本国内では、英語とは別の意味で捉えられているが、大きなくくりとしてはノートパソコンに含まれる1種類である。

    • モニタ一体型パソコン

      デスクトップパソコンの一種。モニタ内部にコンピュータ本体が組み込まれている。キーボードやマウスといった入力装置は別途接続する必要があるものが多かったが、近年ではタッチパネル式のモニタ一体型パソコンも登場してきている。

    • ラップトップパソコン

      ノートパソコンの一種。”Desktop”の卓上に置くという意味に対して、”Laptop”は膝の上に置くという意味で、海外では日本で言うノートパソコン全てを指す言葉のようである。ただし、日本国内では、一般的に大型ノートパソコンを示す言葉として用いられることが多い。

    • モバイルノートパソコン

      ノートパソコンの一種。日本国内で用いられる用語で、一般的に小型ノートパソコンを示す言葉として用いられる。

    • タブレットパソコン

      スマートフォンの大型化と考えることができる タブレット が生まれたことに対して、タブレット型のパソコンも現れてきた。実際には、スマートフォンもタブレットもパソコンの一種と考えることもできるが、利用者の自由度が低いため、ここでは一旦別物として扱う。これまでのコンピュータは、キーボードが代表的な入力装置だったため、ノートパソコンには大きなキーボードが一体化されていた。しかし、モニタがタッチパネル化したため、タッチキーボードを用いることによって、キーボードを軽量化して、タブレット型になった。タブレットの特徴を持ちつつ、パソコンとして様々な用途に対応できる。

    以上に挙げたのは、パソコンの種類を示す言葉としてよく聞かれるものである。これら以外にも様々な言い方がされており、それが何を指し示す言葉なのかをしっかりと認識する必要がある。

    参考文献

    1) 高橋麻奈. やさしい応用情報技術者講座 2013年度版平成25年春・秋試験対応. 初版, ソフトバンククリエイティブ株式会社, 2012, 561p, ISBN978-4-7973-7215-1.

    2) きたみりゅうじ. キタミ式イラストIT塾 応用情報技術者 平成29年度. 初版, 株式会社技術評論社, 2017, 799p, ISBN978-4-7741-8523-1.

    3) BUFFALO. “Blu-ray Discまるわかりガイド 大容量ブルーレイ活用術”. http://buffalo.jp/products/catalog/storage/bd/02.html, (参照2017-09-07).

    本教材に掲載する製品名は、一般に各開発メーカーの商標、または登録商標です。